第九章 SpringCloud框架

简介: 本内容介绍了Nacos与Eureka的服务注册流程、分级存储模型、服务调用与负载均衡策略、限流组件Hystrix与Sentinel的异同及限流算法,以及Spring Cloud Gateway的路由断言和过滤器功能,全面涵盖微服务架构中的核心机制与实现原理。

1、Nacos相关

1.1、Nacos服务注册流程


流程如下:

  • 服务启动时就会注册自己的服务信息(服务名、IP、端口)到注册中心
  • 调用者可以从注册中心订阅想要的服务,获取服务对应的实例列表(1个服务可能多实例部署)
  • 调用者自己对实例列表负载均衡,挑选一个实例
  • 调用者向该实例发起远程调用

当服务提供者的实例宕机或者启动新实例时,调用者如何得知呢?

  • 服务提供者会定期向注册中心发送请求,报告自己的健康状态(心跳请求)
  • 当注册中心长时间收不到提供者的心跳时,会认为该实例宕机,将其从服务的实例列表中剔除
  • 当服务有新实例启动时,会发送注册服务请求,其信息会被记录在注册中心的服务实例列表
  • 当注册中心服务列表变更时,会主动通知微服务,更新本地服务列表

1.2、Nacos的分级存储模型是什么意思


在 Nacos 中,分级存储模型指的是对配置数据进行按照环境、集群、命名空间等维度进行分级管理和存储的机制。这种分级存储模型可以帮助开发团队更好地管理和使用配置信息,提高配置管理的灵活性和可维护性。

在 Nacos 中,分级存储模型主要包括以下几个概念:

  1. 命名空间(Namespace)

命名空间是 Nacos 中用来隔离配置信息的最小单位,每个命名空间都有独立的配置信息存储空间。通过命名空间,可以实现不同环境(如开发、测试、生产)或不同业务线的配置信息隔离存储。

  1. 组(Group)

在命名空间内部,可以使用组来进一步划分配置信息。同一个命名空间内的不同组可以存储不同业务模块的配置信息,便于管理和维护。

  1. 配置集(DataId)

配置集是 Nacos 中存储配置信息的最小单元,它由命名空间、组和配置键(DataId)唯一确定一条配置信息。通过配置集,可以对每个具体的配置项进行管理。

  1. 分级存储

Nacos 支持在命名空间、组和配置集三个维度上进行配置信息的存储和管理。通过合理地组织命名空间、组和配置集的关系,可以实现灵活的配置信息管理,并且方便不同环境和不同业务需求下的配置隔离和管理。

通过 Nacos 的分级存储模型,开发团队可以更加灵活地管理和使用配置信息,支持多环境、多集群的配置管理,同时也为微服务架构下的配置管理提供了良好的支持。

1.3、Eureka服务注册流程

  1. 服务提供者注册
  • 服务提供者启动时,会向 Eureka 服务器发送注册请求,包括自身的实例信息(如 IP 地址、端口、服务名称等)。
  • Eureka 服务器接收到注册请求后,将服务提供者的实例信息注册到服务注册表中。
  1. 服务续约
  • 服务提供者会定时向 Eureka 服务器发送心跳续约请求,以确认自身仍然存活。
  • 如果 Eureka 服务器在一定时间内没有收到服务提供者的续约请求,将会将该实例从服务注册表中剔除。
  1. 服务发现
  • 服务消费者在需要调用服务提供者时,会向 Eureka 服务器发送服务发现请求,获取可用的服务实例列表。
  • Eureka 服务器会返回可用的服务实例信息给服务消费者,服务消费者根据负载均衡策略选择合适的实例进行调用。
  1. 服务下线
  • 当服务提供者需要下线时,会向 Eureka 服务器发送取消注册请求。
  • Eureka 服务器收到取消注册请求后,将该服务实例从服务注册表中移除,不再向其他服务消费者返回该实例信息。

1.4、Nacos与Eureka的区别

Eureka和Nacos的相似点有:

  • 都支持服务注册发现功能
  • 都有基于心跳的健康监测功能
  • 都支持集群,集群间数据同步默认是AP模式,即最全高可用性

Eureka和Nacos的区别有:

  • Eureka的心跳是30秒一次,Nacos则是5秒一次
  • Eureka如果90秒未收到心跳,则认为服务疑似故障,可能被剔除。Nacos中则是15秒超时,30秒剔除。
  • Eureka每隔60秒执行一次服务检测和清理任务;Nacos是每隔5秒执行一次。
  • Eureka只能等微服务自己每隔30秒更新一次服务列表;Nacos即有定时更新,也有在服务变更时的广播推送
  • Eureka仅有注册中心功能,而Nacos同时支持注册中心、配置管理
  • Eureka和Nacos都支持集群,而且默认都是AP模式

2、Openfegin相关

2.1、OpenFeign的服务调用流程

  • 获取请求中的serviceId
  • 根据serviceId负载均衡,找出一个可用的服务实例
  • 利用服务实例的ipport信息重构url
  • 向真正的url发起请求


2.2、常见的Ribbon/Spring LoadBalancer的负载均衡策略

自SpringCloud2020版本开始,已经弃用Ribbon,改用Spring自己开源的Spring Cloud LoadBalancer了。

Ribbon 负载均衡策略:

  1. RoundRobinRule(轮询策略):按照顺序依次选择可用的服务实例,逐个进行调用。
  2. RandomRule(随机策略):随机选择一个可用的服务实例进行调用。
  3. WeightedResponseTimeRule(加权响应时间策略):根据服务实例的响应时间和权重来动态计算一个权重值,从而决定调用哪个服务实例。
  4. RetryRule(重试策略):在一定的重试次数内,尝试多次调用不同的服务实例,直到找到一个可用的实例。

Spring Cloud LoadBalancer 负载均衡策略:

Spring Cloud LoadBalancer 是基于 Reactor 实现的负载均衡组件,它提供了以下常用的负载均衡策略:

  1. RoundRobinLoadBalancer:轮询策略,按照顺序依次选择可用的服务实例进行调用。
  2. RandomLoadBalancer:随机策略,随机选择一个可用的服务实例进行调用。
  3. NacosLoadBalancer:根据服务的集群名和权重来动态计算选择服务实例。

3、限流相关

3.1、Hystrix和Sentinel有什么异同

Hystrix 和 Sentinel 都是流行的服务容错和限流组件,用于提高微服务架构的稳定性和可靠性。

相同点

  • 服务保护:Hystrix 和 Sentinel 都可以实现服务熔断、限流等功能,保护系统在面对异常情况下的稳定性。
  • 监控:两者都提供了监控和统计功能,可以帮助开发人员实时了解服务的运行状况。

区别

  • 实现方式:Hystrix 主要基于线程池和信号量来实现服务隔离和容错。Sentinel 则基于"流量控制、熔断降级、系统负载保护"来实现服务保护和限流。
  • 功能特点:Hystrix 主要提供服务熔断、线程隔离、超时控制等功能。

3.2、如何利用Sentinel配置限流

  • 启动Sentinel控制台;
  • 项目中引入Sentinel依赖;
  • 先访问要限流的资源;
  • 访问Sentinel控制台,设置按照qps或者线程数等限流规则

3.3、滑动窗口算法

在限流中,滑动窗口算法通常用于实现基于时间的限流策略,例如限制一定时间窗口内的请求数量。

滑动时间窗口算法中只包含1个固定跨度的窗口,但窗口是可移动动的,与时间区间无关。

具体规则如下:

  • 窗口时间跨度Interval大小固定,例如1秒
  • 时间区间跨度为Interval / n ,例如n=2,则时间区间跨度为500ms
  • 窗口会随着当前请求所在时间currentTime移动,窗口范围从currentTime-Interval时刻之后的第一个时区开始,到currentTime所在时区结束。


4、Gateway相关-路由断言、过滤器

4.1、网关作用

作用:路由与鉴权,以外有如下:

限流:实现微服务访问流量计算,基于流量计算分析进行限流,可以定义多种限流规则。

缓存:数据缓存。

日志:日志记录。

监控:记录请求响应数据,api耗时分析,性能监控。

鉴权:权限身份认证。

灰度:线上灰度部署,可以减小风险。

路由:路由是API网关很核心的模块功能,此模块实现根据请求,锁定目标微服务并将请求进行转发。

4.2、实现原理

  1. 初始化阶段:Spring Cloud Gateway 启动时会加载配置文件中定义的路由规则,创建对应的 RouteDefinition 对象。
  2. 路由匹配:当接收到一个请求时,Gateway 会依次匹配定义的路由规则,找到符合条件的路由。
  3. 过滤器链:针对匹配到的路由,依次执行该路由配置的过滤器链,对请求进行处理。
  4. 执行过滤器:每个过滤器可以修改请求和响应,记录日志,进行权限校验等操作。
  5. 转发请求:经过所有过滤器处理后,将请求转发给目标服务。
  6. 返回响应:将目标服务的响应返回给客户端。

4.3、路由断言类型

在 Spring Cloud Gateway 中,断言(Predicate)用于匹配传入的 HTTP 请求,并决定是否要将请求路由到特定的目标服务。断言可以根据请求的不同属性(如路径、请求头、请求参数等)来进行条件匹配,从而实现灵活的路由规则。常见类型有如下:

4.4、过滤器实现方式

在 Spring Cloud Gateway 中,过滤器(Filter)用于对传入的 HTTP 请求或传出的 HTTP 响应进行处理,可以实现日志记录、请求转发、权限校验、请求修改等功能。Spring Cloud Gateway内置了许多常用的过滤器,同时也支持自定义过滤器来满足特定的业务需求。以下是一些常用的内置过滤器及其功能:

  1. AddRequestHeader:向请求头中添加指定的键值对。
  2. AddRequestParameter:向请求参数中添加指定的键值对。
  3. RewritePath:重写请求路径。
  4. StripPrefix:去除请求路径中的n段前缀。
  5. SetStatus:设置响应的状态码。
  6. AddResponseHeader:向响应头中添加指定的键值对。
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